7相互作用
相互作用的場論機理
粒子是場處於激發狀態的表現，因此粒子間的相互作用來自場之間的相互作用。場之間的相互作用是粒子轉化的原因。
場論對粒子間的相互作用的機理給出了清楚的圖象。現在考慮中子的衰變過程。自由中子為什麼會自動衰變？一個自然的回答是中子通過相互作用而衰變。再問中子為什麼會自動衰變？自然的回答是中子和質子、電子以及反中微子相互作用的結果。然而當中子存在的時候，質子、電子以及反中微子都還不存在。而當質子、電子以及反中微子存在時，中子卻已經不存在了。中子和質子、電子以及反中微子沒有一個時刻同時存在，它們之間又怎麼能相互作用呢？這個物理圖象和物理概念上的表觀上的矛盾，在場論中自然地解決了。
根據場論給出的基本物理圖象，回過來再看中子的衰變過程。在圖5-2所示的示意圖上，我們用一條線代表一種場，水平直線代表場處在基態，水平線上的隆起峰代表場的激發，表現為一個粒子。左邊為真空，即所有場都處於基態的情形，右邊為有一個質子和一個電子的狀態。圖5-3描寫n→p+
子，而質子場、電子場和中微子場則處於基態，表現為沒有質子、電子和中微子（或相應的反粒子）。經過中子場與質子場、電子場和中微子場之間的弱相互作用，中子場可以躍遷到基態把激發能量傳過去而引起質子場、電子場和中微子場的激發。表現為中子消失而產生了一個質子、一個電子和一個反中微子。這就是中子衰變過程的場論圖象。在這個圖象中，衰變過程得以發生的原因是場之間的弱相互作用。正因為中子場與質子場、電子場和中微子場之間存在弱相互作用的聯係，才使中子場的激發狀態的改變引起質子場、電子場和中微子場激發狀態的改變而表現為中子衰變過程。
四種相互作用
粒子之間存在相互作用。粒子間的相互作用是通過交換媒介粒子來實現的。不同的相互作用的區別在於媒介粒子的不同以及粒子放出和吸收媒介粒子的能力不同。粒子間相互作用隨距離的減弱行為用相互作用力程描寫，力程的物理意義是相互作用的有效作用範圍，相互作用力程的數值正比於媒介粒子質量的倒數。如果媒介粒子的質量用吉電子伏特為單位，力程用費米為單位，則力程的值可以由0.197被媒介粒子的質量去除得出。粒子放出和吸收媒介粒子的能力用相互作用耦合常數來描寫，不同的相互作用的耦合常數不同，常常在數量級上有很大的差別。
現在已經發現的粒子之間的相互作用有四種。一種是電磁相互作用，其媒介粒子是光子，一種是引力相互作用，其媒介粒子是引力子。這兩種媒介粒子的靜止質量都是零，這就決定了這兩種相互作用都是長程作用，即力程等於無窮大的相互作用。正因為它們是長程作用，隨距離的增加而減弱得不快，在宏觀世界中就可以觀察和研究，並且在19世紀就已經在宏觀世界中研究得相當清楚了。再一種相互作用是弱相互作用，它的媒介粒子是帶正電荷和帶負電荷的W粒子和不帶電的Z粒子。這三種粒子都有很重的靜止質量，W粒子的質量是質子質量的85.5倍，Z粒子的質量是質子質量的97.2倍。這就決定了弱相互作用是力程很短的短程力，其力程約為一千分之二點四費米，即一百億億分之二點四米。還有一種是強相互作用，它的媒介粒子是分子和膠子，最輕的介子是π介子，它的質量是質子質量的0.149倍。這就決定了強相互作用也是短程力，其力程比弱相互作用的力程約大三個數量級，約為1.4費米，即一千萬億分之一點四米。這四種相互作用的媒介粒子中，介子的自旋可以是零或1，引力子的自旋是2，其他的媒介粒子自旋都是1。
四種相互作用的強度有很大的差別。如果有兩個質子相距約為2.5費米，即一千萬億分之二點五米的距離，兩個質子之間這四種相互作用的有效耦合常數的比較可以從下列表中看出。